基于UG和MoldFlow的相机外壳注塑模具设计

万方数据
第３期
宋双柱：基于ＵＧ和ＭｏｌｄＦｌｏｗ的相机外壳注塑模具设计
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递最高的部位，分析结果如图７所示，温度分布均 衡，只有在一些拐点处出现较高温度，在设计模具 时采取相应的改进措施．
图７管道表面金属温度分析结果
４模具结构设计
基于以上仿真分析，对一些结构进行相应的调 整，在ＵＧ平台上采用ＵＧ／Ｍｏｌｄ Ｗｉｚａｒｄ进行相机外 壳模具的结构设计”Ｊ．ＵＧ／Ｍｏｌｄ Ｗｉｚａｒｄ是针对注塑 模具设计的一个过程应用，型腔和模架库的设计统 一到整个连接过程中．ＵＧ／Ｍｏｌｄ Ｗｉｚａｒｄ模块支持典 型的塑料模具设计的全过程，即从读取产品模型开 始，完成如何确定和构造拔模方向、收缩率、分型面、 型芯块、型芯、滑块、顶块、模架及其标准零部件、模 腔布置、浇注系统、冷却系统、模具零部件清单等过 程．ＵＧ／Ｍｏｌｄ Ｗｉｚａｒｄ模块为设计模具的型芯、型腔、 滑块、提升装置和嵌件提供高级建模工具，目的是快 速、方便地建立与产品参数相关的三维实体模具．最 终创建的相机外壳模具模型如图８所示．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｏｌｄ；Ｍｏｌｄ ｆｌｏｗ ａｎａｌｙｓｉｓ；ＵＧ；ＭＰＩ
１引言
在注射成型过程中，塑料熔体在模具型腔内的 流动、传热是非常复杂的物理过程．相机外壳由许多 复杂的自由曲面构成，这就使得相机外壳注塑模具 的注射成型过程更加复杂【ｌ刁Ｊ．按照传统的模具设 计方法，只能凭借经验设计模具，制造出模具后还要 进行试模，不合理的地方需反复进行调整．这一过程 缺乏科学的理论指导，造成模具设计周期长、成本高 而且质量还难以保证．
针对传统注塑模具设计方法存在设计周期长成本高且质量难以保证的不足采用计算机辅助设计软件ug和有限元分析软件moldflow相结合的方法进行相机外壳的注塑模具设计创建了相机外壳的三维实体模型和模流分析有限元模型通过对注射过程中流动分析结果冷却分析结果的仿真调整了相机外壳注塑模具的冷却系统结构最后采用ugmoldwizard模块创建了经过优化和调整的注塑模具实体模型
图６充模结束时的体积温度和流动前沿温度分析结果
２）冷却分析结果：冷却分析主要指制件顶面 温度、制件底面温度、冷却液温度以及管道表面金 属温度等．通过分析知道制件顶面温度分布比较 均衡，接近于成型末段的模具温度，所以该温度分 布比较合理；制件底面温度的局部温度过高，可能 会在制件冷却阶段引起翘曲，原因在于冷却系统 的设置不合理，应该采取相应的改进措施；冷却液 温度的温差为０．２６℃，满足温差不超过３。Ｃ的设 计要求；管道表面金属温度表明了回路中热量传
随着计算机仿真技术的发展，出现了一批注塑 模具仿真分析软件Ｈ。Ｊ，典型的有ＭｏｌｄＦｌｏｗ软件， 利用该软件可在模具制造之前，对模具设计方案进 行分析和模拟来代替实际的试模，预测设计中潜在 的缺陷并及时修改．通过仿真模拟分析，最大限度地 预测并修正产品设计、模具设计及制品成型过程中 可能出现的不足，取代传统的反复试模、修模等过 程，从而能够降低产品制造成本，缩短产品开发周 期，提高产品质量．
本文结合已有的成熟的相机外壳模型，创建相 机模型ＣＡＤ模型，然后结合ＭｏｌｄＦｌｏｗ软件对注塑
收稿日期：２００８—０９—２０ 作者简介：宋双柱（１９ｒ７０一）．男，助理研究员
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模具设计方案进行模流分析，根据模流分析结果对 已有的相机外壳结构、浇口位置等进行改进，最后结 合ＵＧ／ＭＯＬＤ模块设计出了相机外壳的注塑模具．
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（ｂ）翘曲分析
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样 图３创建仿真模型
图１样条曲线
图２相机外壳三维实体模型
３ 基于ＭｏｌｄＦｌｏｗ的相机外壳模具仿真
３．１创建仿真模型 仿真主要采用ＭｏｌｄＦｌｏｗ的ＭＰＩ模块进行＂Ｊ．仿
真模型的创建主要包括：模型的导人、网格划分、网 格修正、浇口位置分析、创建流道系统和冷却系统 等．首先将ＵＧ中创建的三维实体模型转化为ＳＴＬ 格式的文件，ＭｏｌｄＦｌｏｗ软件即可读取该模型文件； 在进行有限元分析之前要进行网格划分，采用三角 形单元实现网格划分，划分结果如图３（ａ）中所示． 如果网格划分中有纵横比特别大的网格，则需要对 其进行修正。文中要求纵横比不高于１５，并对高于 １５的网格进行修正，修正划分结果如图３（ｂ）所示．
图５充模时间和压力分析结果 充填结束时的体积温度＝２９２．７℃
３．３有限元分析结果及其讨论 １）流动分析结果：流动分析结果主要包括充
模时间、压力和温度．充模时间显示的是熔体流动 前沿的扩展情况，冲云纹线的间距表示熔体流动 前沿的速度．当制件平衡充模时，制件的各个远端 在同一时刻充满∽Ｊ．分析结果如图５（ａ）所示，相 机外壳模具的充模时间为１．０２２ ｓ．注射压力参数 也是流动分析的关键参数，直接影响到模具填充 的好坏．图５（ｂ）为压力分析结果，注塑压力在注 塑结束时达到最大值８０ ＭＰａ，小于注塑机的最大 值２９０ ＭＰａ，保压压力曲线与设定的基本相符．温 度主要包括流动前沿温度和充模结束时的体积温 度，流动前沿温度与熔接线图综合使用可以分析 出熔接线质量的好坏，而充模结束时的体积温度 分布范围越窄，则说明充模质量越好．两种温度分
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（ａ）冷却分析
（ａ）充模时间
第１４卷
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第１４卷第３期 ２００９年６月
哈尔滨理工大学学报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＡＲＢＩＮ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖ０１．Ｇ和ＭｏｌｄＦｌｏｗ的相机外壳注塑模具设计
宋双柱
（哈尔滨理工大学计算机与控制学院，黑龙江哈尔滨１５００８０）
［２】 马玉函，卢军．基于Ｐｒｏ／Ｅ照相机前盖的模具设计［Ｊ］．电加
１０，０００；
成型工艺条件：一次注塑循环时间为３５ ｓ；当 注塑体积为９９％，注塑机开始由速度控制转为压 力控制；压力控制的最大压力为填充压力的８０％， 保压时间为１５ ｓ，保压１０ ｓ后开始逐渐降低，直至 降为０；
注塑机选择：东芝ＴＯＳＨＩＢＡ ＥＣ３５０注塑机，最 大锁模力为３５０ ｋＮ，最大注射压力为２９０ ＭＰａ．
２相机外壳建模
初步分析浇口位置得到最佳的浇口位置，综合一模 四腔的模具结构，选择侧面浇口位置为最佳浇口位 置，如图３（ｃ）所示．采用中间线原则建立流道系统， 再结合冷却水路的属性值创建冷却系统，如图３（ｄ） 所示．
相机外壳建模在ＵＧ软件平台上实现，ＵＧ具有 强大的全三维参数化实体建模功能，也包括对复杂 型面的创建【６】．创建相机外壳三维模型时首先创建 特征点，然后创建“样条曲线”命令绘制线串如图１ 所示，构建曲面片体，该曲面片作为修剪工具用于裁 剪实体表面，从而生成相机外壳的复杂表面，然后通 过抽壳等操作创建相机的细节结构．图２所示为所 创建的相机外壳的三维实体模型．
摘要：针对传统注塑模具设计方法存在设计周期长、成本高且质量难以保证的不足，采用计 算机辅助设计软件ＵＧ和有限元分析软件ＭｏｌｄＦｌＯＷ相结合的方法进行相机外壳的注塑模具设计，
创建了相机外壳的三维实体模型和模流分析有限元模型，通过对注射过程中流动分析结果、冷却分
析结果的仿真，调整了相机外壳注塑模具的冷却系统结构，最后采用ＵＧ／ＭｏｌｄＷｉｚａｒｄ模块创建了经 过优化和调整的注塑模具实体模型．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍｏｌｄ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｈａｖｅ ｍａｎｙ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｌｏｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｃｙｃｌｅ，ｈｉｇｈ ｃｏｓｔ ａｎｄ
ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｏｆ ｑｕａｌｉｔｙ．Ｔｈｅ ｍｏｌｄ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｍｅｒａ ｓｈｅｌｌ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂｙ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ－ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＵＧ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ·ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｏｆｌｗ鲫ｅ ＭｏｌｄＦｌｏｗ．Ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｏｌｉｄ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｃａｍｅｒａ ｓｈｅｌｌ ａｎｄ ｍｏｌｄ ｆｌｏｗ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｏｄｅｌ ａｒｅ ｃｒｅａｔｅｄ，ａｎｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｃｏｏｌｉｎｇ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｍｅｒａ ｍｏｌｄ ｉｓ ｒｅｇｕｌａｔｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ ｔｈｅ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｏｌｄ ｓｏｌｉｄ ｍｏｄｅｌ ａｆｔｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ａｒｅ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ＵＧ／ＭｏｌｄＷｉｚａｒｄ ｍｏｄｕｌｅ．
关键词：注塑模具；模流分析；ＵＧ；ＭＰＩ
中图分类号：ＴＰ３９ｌ
文献标志码：Ａ
文章编号：１００７—２６８３（２００９）０３－００１６－０４
Ｃａｍｅｒａ Ｓｈｅｌｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＵＧ ａｎｄ ＭｏｌｄＦＩｏｗ
ＳＯＮＧ Ｓｈｕａｎｇ－ｚｈｕ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ Ｕｎｉｖｅｍｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５００８０，Ｃｈｉｎａ）
３）根据模流分析的结果调整注塑模具的设计 结构，结合ｕＧ／Ｍｏｌｄｗｉｚａｒｄ模块，实现了相机外壳的 注塑模具的结构优化设计，从而大大缩短了模具的 设计周期、降低了设计成本并提高了设计质量．
参考文献：
［１］ 赵建华，薛琼，张宁．ＣＡＤ／ＣＡＭ技术在数码相机面壳模具 中的应用［Ｊ］．制造业自动化，２００９，３１（４）：９３—９４，１１８．
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（ｃ）充填分析
图４分析过程日志
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∞加∞∞∞∞舱ｍ ∞∞∞∞∞∞∞∞● 时间／８ （ｈ）压力分析
５结语
１）基于ＵＧ创建的相机外壳三维实体模型，通
过吼中性文件实现了ＭｏｌｄＦｌｏｗ模型文件的创建，
进行网格划分并添加边界条件，创建了相机外壳的 有限元分析模型；
２）模流分析结果表明，浇口位置、冷却装置等 的设计基本符合要求，满足注塑模具的性能要求，制 件底部温度分布不均衡，冷却装置的设计应该进行 调整：
２）分析过程．在注塑分析中，需要了解注塑过 程的模具型芯、型腔的温度、压力变化，塑料熔体的 温度、压力变化，以及一些可能影响制品质量的因 素旧】．实际的注塑过程是一个复杂的过程，可能有 包括温度、压力、冷却等环境及人为因素的综合作用 结果，因此在分析过程中，应获取尽可能多的信息， 为后续的修模提供可靠的参考．如图４（ａ）、（ｂ）、 （ｃ）分别是分析过程中所获取的冷却分析、翘曲分 析、充填分析日志．
３．２相机模具模流分析 １）分析边界条件．相机外壳材料：选用美国ＧＥ
Ｐｌａｓｔｉｃｓ公司生产的ＡＢＳ＋ＰＣ混合材料
Ｃｙｃｏｌｏｙ Ｃ２９５０；
边界条件：模具前后模目标模温均为７０。Ｃ；模 具材料均为Ｐ２０钢；模具加工粗糙度（流道、水路型 腔表面）为０．０５ ｍｍ；冷却液为水，水温为２５℃恒 定；冷却液在冷却水路中的雷络系数恒定为
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到翻啵结果撅
析结果如图６（ａ）、（ｂ）所示．
型腔表面箍度一●大值 型蓝表面商度一量小值
平均懊具外撇 型监衰面盘度－平均值
循环时问
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执行时问
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